[論文レビュー] More Indications for Lepton Nonuniversality in $b o s \ell^+ \ell^-$

Tobias Hurth, F. Mahmoudi+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 20, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 21被引用数 13

ひとこと要約

この論文は、更新されたLHCbデータを用いた $b \to s\ell^+\ell^-$ 遷移におけるレプトン非ユニバーシリティのモデルに依存しない解析を提示し、$R_K$ における $3.1\sigma$ の不一致を確認した。Run 3のデータが単一の観測量で非ユニバーシリティを確認する可能性が高いと予測し、20個の有効場理論パラメータを用いたグローバルフィットとウィルクスの検定により新しい物理のパターンを同定した。

ABSTRACT

Recently the LHCb collaboration has confirmed the evidence for lepton flavour nonuniversality at the $3.1σ$ level via an updated measurement of $R_K$. In this work we analyse this evidence within a model-independent approach. We make projections for future measurements which indicate that LHCb will be in the position to discover lepton nonuniversality with the Run 3 data in a single observable. We analyse other ratios based on our analysis of the present measurements of the ratios $R_{K^{(*)}}$ and analyse if they are able to differentiate between various new physics options within the effective field theory at present or in the near future. We also compare the present deviations in the ratios with NP indications in the angular observables of exclusive $b o s \ell\ell$ transitions. Finally, we update our global analysis considering all $b o s \ell\ell$ observables altogether, including a 20-parameter fit in connection of a Wilks' test.

研究の動機と目的

• 最新のLHCb測定を用いて、$b\to s\ell^+\ell^-$ 衰えにおけるレプトン非ユニバーシリティの有意性を評価すること。
• 清浄な観測量（例：$R_K$ と $\text{BR}(B_s\to\mu^+\mu^-)$）を用いて、Run 3のデータにおけるレプトン非ユニバーシリティの発見可能性を予測すること。
• 角運動量観測量の比と $R_{K^{(*))}$ 測定値を用いて、新しい物理のモデルを区別すること。
• 20個の有効場理論パラメータのグローバルフィットを実施し、ウィルクスの検定を用いて統計的有意性を評価すること。
• レプトンフレーバー非ユニバーシリティを示す比の偏差と角運動量観測量を比較し、新しい物理との整合性を検証すること。

提案手法

• モデルに依存しない有効場理論フレームワークを用いて、$b\to s\ell^+\ell^-$ 衰えを分析し、$R_K$、$R_{K^*}$、および $\text{BR}(B_s\to\mu^+\mu^-)$ に注目する。
• LHCb、ATLAS、CMSからの実験的データを組み込み、$b\to s\ell^+\ell^-$ 観測量の20パラメータグローバルフィットを実施する。
• ウィルクスの検定を用いて、標準模型を超える新しい物理の有意性を評価する。
• $R_K$ および角運動量観測量の比について、18 fb$^{-1}$ および 50 fb$^{-1}$ の光度シナリオを用いて将来の感度を予測する。
• 異なるNPシナリオ下で、$R_{P_1}$、$R_{P_2}$、$R_{P_4}$、$R_{P_5}$ および $D_{F_L}$、$D_{A_{FB}}$ の比の予測値を68%信頼水準で比較する。
• LHCb、ATLAS、CMSからの $\text{BR}(B_s\to\mu^+\mu^-)$ の実験的尤度を統合し、2次元尤度を構築する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 更新されたLHCbデータによる $R_K$ および $\text{BR}(B_s\to\mu^+\mu^-)$ 測定は、$3\sigma$ 以上でレプトン非ユニバーシリティを確認できるか？
• RQ2 LHCbのRun 3データは、単一の観測量でレプトン非ユニバーシリティを発見するのに十分か？
• RQ3 $R_{K^{(*)}}$ の観測偏差は、$B\to K^*\ell^+\ell^-$ 衰えの角運動量観測量の偏差とどのように比較できるか？
• RQ4 グローバルフィットとウィルクスの検定によって制約された現在のデータと最も整合性の高い新しい物理のモデルは何か？
• RQ5 角運動量観測量の比（例：$R_{P_1}$、$R_{P_2}$、$R_{P_4}$、$R_{P_5}$）は、将来的に異なるNPシナリオを区別するのに役立つだろうか？

主な発見

• 1.1–6.0 GeV$^2$ のエネルギー領域におけるLHCbによる $R_K$ の更新測定は、$R_K^{\text{LHCb}} = 0.846^{+0.042+0.013}_{-0.039-0.012}$ を得ており、標準模型との間に $3.1\sigma$ の不一致を確認した。
• 結合実験的測定値 $\text{BR}(B_s\to\mu^+\mu^-)$ は $(2.85_{-0.31}^{+0.34})\times10^{-9}$ であり、LHCbの更新と他の実験と整合的である。
• 20個の有効場理論パラメータを用いたグローバルフィットは、以前の解析と比較して $R_K$ および $R_{K^*}$ における新しい物理の有意性を高めた。
• 18 fb$^{-1}$ および 50 fb$^{-1}$ の光度シナリオを用いた将来の予測では、$R_{P_1}$、$R_{P_2}$、$R_{P_4}$、$R_{P_5}$ の比が新しい物理に敏感であると予測され、$C_9^\mu$ 支配のNP下では $R_{P_5}^{[1.1,6.0]}$ が $[0.437,0.528]$ に達すると予想される。
• ウィルクスの検定により、新しい物理を含むグローバルフィットが、標準模型よりも高い信頼水準で優位であることが確認された。
• 本分析は、$R_K$ と $\text{BR}(B_s\to\mu^+\mu^-)$ が互いに整合的であり、他の $b\to s\ell^+\ell^-$ データとも整合的であることを示しており、共通の新しい物理起源を支持している。